книги из ГПНТБ / Конструкция и эксплуатация турбореактивных двигателей типа М-701 учеб. пособие

Входные кромки лопаток заборника загнуты в сторону враще­ ния ротора с переменным углом загиба по высоте лопатки вследст­ вие различной окружной скорости. В центре ступицы выполнено от­ верстие с конусными поверх­

новке смещают на 0,4 мм вперед по вращению. В результате при работе двигателя на рабочих режимах лопатки заборника отгиба­ ются назад и устанавливаются точно против лопаток крыльчатки.

Крыльчатка компрессора и заборник, а особенно их проточная

92

пасть, тщательно обрабатываются, полируются it анодируются. Передний вал — полый. Он изготовлен из хромоникелеванадиевой стали типа 18ХНВА в форме цилиндра переменного сечения с •фланцем для крепления к крыльчатке компрессора. На фланце •имеется 12 отверстий для винтов крепления переднего вала к крыльчатке. После затяжки винтов часть их головок срезается при •обработке заподлицо с фланцем вала. Контрятся винты при помо­ щи штифтов 3,5x6. Отсоединить передний вал от крыльчатки ком­ прессора возможно только после высверловки винтов крепления.

Наружная поверхность переднего вала — ступенчатая с резь­ бой по двум. диаметрам. Резьба большего диаметра служит для тайки, крепящей заборник колеса компрессора, меньшего — для крепления внутренней обоймы переднего подшипника ротора.

Около фланца выточен конус для центровки заборника при его постановке на вал. Средний по размеру диаметр вала служит для установки лабиринтного уплотнения и дистанционного кольца, а по наименьшему диаметру происходит посадка внутренней обоймы шарикового подшипника.

На внутренней поверхности вала с передней его стороны име­ ются шлицы ж для установки шлицевой муфты рессоры стартера и шлицевой муфты центральной шестерни привода. По шлицам, в задней их части, проточена канавка з для установки контровоч- -кого кольца, ограничивающего ход шлицевых муфт. В задней ча­ сти внутреннего малого диаметра выполнена проточка для запрес­ совки заглушки 4, устраняющей возможность попадания масла из передней - опоры двигателя во внутреннюю полость вала.

РАБОТА КОМПРЕССОРА

Ротор компрессора приводится во вращение турбиной, крутя­ щий момент от которой передается при помощи основного вала. Воздух, находящийся в межлопаточных каналах, вращаясь вместе с колесом, под действием центробежных сил отбрасывается к периферии крыльчатки компрессора. Постепенно сжимаясь, воз­ дух на выходе крыльчатки компрессора приобретает большую ско­

духа через входное устройство. Так происходит при рабете двига­ теля на земле. В полете же за счет скоростного напора скорость воздуха увеличивается. В результате осуществляется дополнитель­ ное поджатие воздуха.

Подвижный направляющий аппарат (заборник) обеспечивает безударный вход воздуха на лопатки рабочего колеса. Пройдя ко­ лесо компрессора, воздух попадает в кольцевой зазор, являющий­ ся по существу 'безлопаточным диффузором. В нем начинается уменьшение скорости и повышение давления воздуха.

93

В дальнейшем воздушный поток направляется на лопатки ло­ паточного диффузора. Скорость движения воздуха в межлопаточ­

После того как кинетическая энергия преобразуется в диффу­ зоре в энергию давления, воздух поступает в камеры сгорания.

Основной неисправностью компрессора в процессе эксплуата­ ции является повреждение лопаток заборника. Это может произой­

Повреждение входных кромок лопаток заборника и проточной части компрессора может привести к срывным явлениям и неустой­ чивой работе компрессора. С другой стороны, место повреждения лопаток заборника является концентратором напряжений и способ­ ствует усталостному разрушению лопаток.

Другой причиной неустойчивой работы компрессора может

. быть чрезмерная подача топлива в камеры сгорания при резком увеличении оборотов. Резкое увеличение объема образовавшихся газов может вызвать «запирание» соплового аппарата турбины. В результате расход воздуха через компрессор сокращается и воз­ никает неустойчивая его работа (помпаж). Для устранения помпажа необходимо уменьшить подачу топлива путем перемещения РУД и увеличить расход воздуха через двигатель путем повышения скорости воздушного потока.

Попадание воды и грязи от переднего колеса на разбеге, как правило, приводит к самовыключению двигателя. Поскольку вход­ ные воздушные каналы расположены относительно на небольшой высоте от поверхности аэродромного покрытия, а двигатель не име­ ет защитной сетки, то единственно эффективными мерами защиты от попадания воды и грязи являются:

—содержание ВПП, рулежных дорожек и газовочных площа­ док в образцовой чистоте;

—недопущение попадания в газовую струю впереди рулящего

*самолета при заруливании на стоянку;

—своевременное закрытие входных воздушных каналов после остановки двигателя;

—тщательное проведение осмотров лопаток, заборника и вход­

ного устройства для своевременного обнаружения повреждений и их устранения (допустимые забоины указаны в Едином регламен­ те).

§ 4. Камеры сгорания

Камеры сгорания двигателя (рис. 72) состоят кз семи индиви­ дуальных прямоточных камер трубчатого типа. Они размещены в

94

кольцевом пространстве между задним корпусом компрессора іг газосборником, вокруг силового конуса.

Все камеры сгорания своей выходной частью наклонены к оси двигателя и, кроме того, повернуты против часовой стрелки на угол 43°. Этим достигается уменьшение размера между установоч­ ными точками камер сгорания, уменьшение длины двигателя и его

Рис. 72. Камера сгорания:

опорами. Номера камер сгорания обозначены в порядке возрастаг ния цифр против.часовой стрелки, если смотреть со стороны тур­ бины и считать верхнюю камеру первой.

Передняя часть каждой камеры сгорания крепится к соответст-, вующему фланцу выходных горловин заднего корпуса компрессора при помощи трех винтов и двух болтов.

Своей задней частью камеры сгорания установлены в патрубках газосборника. Предотвращение выбивания горячих газов осущест­ вляется при помощи уплотнения двумя кольцами 7. Такое соедине­ ние позволяет камерам перемещаться в осевом направлении при расширении от сильного нагрева. При этом герметичность соеди­ нения не нарушается.

Камеры сгорания сообщаются друг с другом при помощи сое­ динительных патрубков. Это способствует выравниванию давления и распространению пламени во все камеры при запуске двигателя.

95

"В камерах № 2 и 6 установлены запальные свечи. Из самых ниж­ них точек камер № 4 и 7 обеспечен слив топлива, скопившегося при неудавшемся запуске. При помощи трубок топливо сливается в дренажный бачок.

Каждая камера сгорания состоит из входного патрубка 2, кожуха 5 и жаровой трубы 6.

Входной патрубок предназначен для плавного подводасжато­ го воздуха из компрессора' в камеру сгорания. Он отлит из алю­ миниевого сплава типа АЛ5 в виде конуса, рассеченного непарал­ лельными плоскостями. Патрубок снабжен тремя фланцами: пе­ редним (малым), задним (большим) и боковым.

Передний фланец имеет три сквозных отверстия и два глухих, г. которые ввернуты резьбовые втулки. При помощи винтов и бол­ тов передний фланец патрубка крепится к фланцу входной горло­ вины заднего корпуса компрессора. Уплотнение между этими флан­ цами обеспечивается при помощи сферического вкладыша.

К заднему фланцу патрубка 18 болтами крепится фланец ко­ жуха камеры сгорания. Уплотнение между этими фланцами обес­ печивается при помощи паранитовой прокладки.

В стенке патрубка имеется отверстие а с фланцем для уста­ новки и крепления топливной форсунки. В тело фланца ввернуты 4 резьбовые втулки, в которые вворачиваются' винты, крепящие фланец форсунки.

Уплотнение фланца форсунки происходит при помощи специаль­ ной медно-графитной прокладки. Для уменьшения потерь энергии воздуха, поступающего из компрессора, а также для равномерного распределения на выходе из патрубка, в месте поворота патрубка в его тело залиты две спрофилированные лопатки /. Они разделя­ ют проходное сечение патрубка на три криволинейных канала.

Лопатки изготовлены из дюралюминиевого сплава.

Патрубки второй и шестой камер сгорания имеют штуцеры для установки и крепления запальных свечей.

Кожух камеры сгорания изготовлен из мягкой листовой стали типа 10СП. Он состоит из трех составных секций: передней, сред­ ней и задней (конусной), соединенных между собой роликовой сваркой. К передней секции приварены большой фланец с 18 от­ верстиями, при помощи которого кожух крепится к патрубку: два фланца для крепления телескопических втулок подвески жаровых труб и фланец крепления пламяперебрасывающего патрубка. На средней секции расположен один фланец для размещения соеди­ нительной трубки.

К конусной секции приварен фланец 7, посредствомкоторого осуществляется подвижное соединение камеры сгорания с корпу­ сом газосборника. Уплотнение осуществляется при помощи двух уплотнктельных (поршневых) колец, которые размещаются в коль­ цевой расточке. Торцовые поверхности уплотнителы-іых колец по­ крыты двухсернистым молибденом для предотвращения выработ­ ки. Внутренняя поверхность фланца уплотнительных колец твеи-

96

дохромирована, так как является опорной поверхностью выступов жаровой трубы.

Наружная поверхность кожуха камеры сгорания покрыта тон­

Жаровая труба изготовлена из листового жаропрочного сплава типа ЭИ-435. Она состоит из 5 секций, соединенных между собой роликовой .или точечной сваркой. Неравномерность нагрева стенок жаровой трубы приводит к возникновению в них напряжений и вызывает необходимость обеспечения возможности их расширений во все стороны без ограничения. Это достигается благодаря под­ веске жаровой трубы при помощи двух телескопических втулок.

Первая секция жаровой трубы выполнена в виде конусной гор­ ловины 12, внутри которой приварены две перегородки с отвер­ стиями — передняя и задняя (конусная). Внутри конусной пере­ городки при помощи точечной сварки закреплен завихритель 11. Он состоит из наружного кольца, десяти лопаток и внутреннего кольца, являющегося одновременно втулкой топливной форсунки. На конусной горловине второй и шестой камер сгорания выполне­ ны отверстия для прохода запальных свечей.

Вторая секция жаровой трубы цилиндрической формы, с че­

Вторая направляющая втулка соединительной трубки приваре­ на к третьей секции, на поверхности которой также расположены отверстия для прохода вторичного потока воздуха. С торца третьей и четвертой секций расположено большое количество мелких от­ верстий, через которые проходит воздух из вторичного потока и предохраняет стенку жаровой трубы от воздействия высокой тем­ пературы и продуктов сгорания.

К пятой конусной секции приварено опорное кольцо в, на ко­ тором имеется шесть выступов. На выступах наплавлен стеллит, обладающий большой твердостью. Этими выступами жаровая тру­ ба опирается на внутреннюю поверхность фланца уплотнительных колец кожуха камеры сгорания.

Соединительные патрубки (рис. 73) камер сгорания предназна­ чены для выравнивания давления и распространения пламени во­ все камеры при запуске двигателя. Конструкция обеспечивает гер­ метичность соединения и возможность относительного перемещения деталей патрубка при температурных расширениях камер сгора­ ния.

Соединительный патрубок состоит из прямой соединительной трубки 3 и коленообразного патрубка 9. Прямая соединительная трубка, в свою очередь, состоит из внутренней и наружной трубок,

между которыми проходит охлаждающий вторичный воздух. Она телескопически установлена на фланце кожуха 2 и втулке жаро­ вой трубы. Наружная трубка входит в защитную втулку и прикреп­ лена к ней при помощи установочного винта. Уплотнение прямой соединительной трубки с фланцем кожуха осуществляется при

помощи двух селиконовых колец 7, между которыми установлена распорное кольцо 11.

Коленообразный патрубок также состоит из внутренней и на­ ружной частей, между которыми проходит охлаждающий воздух.

при помощи паранитовой прокладки. Прямая соединительная труб­ ка и коленообразный патрубок соединены между собой накидными гайками 8, а уплотнение между фланцами происходит при помощи металлоасбестовой прокладки 10.

РАБОТА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ

В камере сгорания процессы смешения топлива с воздухом, ис­ парение топлива и горение происходят одновременно.

Для снижения температуры газа, поступающего из камер сго­ рания на лопатки соплового аппарата и турбины, сжигание топли-

98

ва происходит при большом коэффициенте избытка воздуха. Но при большом избытке воздуха горение неустойчиво, поэтому ка­ мера сгорания разделена на две зоны — зону горения и зону сме­ шения.

Воздушный поток из компрессора на входе в камеру сгорания делится на две части. Одна часть в количестве около 30% (пер­ вичный воздух) поступает в жаровую трубу, смешивается с впры­ скиваемым через форсунку топливом и принимает непосредственное участие в процессе сгорания. Хорошее перемешивание топлива с воздухом происходит благодаря равномерному распылу, обеспечи­ ваемому центробежной форсункой, и закрутке воздуха в завихрителе.

В результате сжигания трпливно-воздушной смеси образуются продукты сгорания с температурой, достигающей 2000°С.

Вторичный воздух, проходя по кольцевому пространству меж­ ду кожухом и жаровой трубой, охлаждает стенки трубы, а часть воздуха, проходящая в отверстия, подмешивается к продуктам сгорания и снижает их температуру примерно до 900°С.

Камеры сгорания двигателей М-701 С-500 доведены и в эксплуа­ тации работают надежно., Основная неисправность, выявляемая при эксплуатации двигателей М-701 С-250, — выбивание прокладок из-под фланцев крепления форсунок.

В процессе ремонта на жаровых трубах выявляются трещины. Во избежание их появления необходимо в процессе эксплуатации строго соблюдать режимы охлаждения и не допускать повышения температур сверх допустимых.

§ 5. Турбина

Турбина двигателя М-701 относится к типу реактивных, так как при расширении газа (частично в каналах лопаток соплового ап­ парата, частично в каналах лопаток рабочего колеса) энергия дав­ ления превращается в ней в кинетическую энергию. Одновременно в каналах рабочего колеса турбины тепловая энергия преобразу­ ется в механическую и передается на центральный вал ротора.

Газовая турбина служит для привода центробежного компрес­ сора и вспомогательных агрегатов, установленных на двигателе.

Узел турбины состоит из статора и ротора. Неподвижная часть узла турбины (рис. 74) состоит из газосборника, соплового аппа­ рата и корпуса турбины.

Вращающаяся часть турбины (рис. 75) состоит из рабочего колеса с лопатками и втулки диска.

Газосборник является силовым элементом статора и состоит изкорпуса и семи патрубков, прикрепленных к корпусу при помощи трех шпилек. Корпус газосбориика отлит из специального жаро­ прочного чугуна в форме усеченного конуса, с двумя фланцами (внутренним и внешним) и семью горловинами для установки пат-

99